Täiuslik must keha ja selle kiirgus

Täiuslik must keha ja selle kiirgus
Täiuslik must keha ja selle kiirgus
Anonim

Absoluutselt musta keha nimetatakse selliseks, kuna see neelab kogu sellele (õigemini sellesse) langeva kiirguse nii nähtavas spektris kui ka kaugemal. Aga kui keha ei kuumene, kiirgatakse energia uuesti tagasi. See üleni musta keha kiirgav kiirgus pakub erilist huvi. Esimesed katsed selle omadusi uurida tehti juba enne mudeli enda ilmumist.

19. sajandi alguses katsetas John Leslie erinevate ainetega. Nagu selgus, ei neela must tahm mitte ainult kogu sellele langevat nähtavat valgust. See kiirgas infrapunavahemikus palju tugevamini kui teised kergemad ained. Tegemist oli soojuskiirgusega, mis erineb kõikidest teistest liikidest mitme omaduse poolest. Täiesti musta keha kiirgus on tasakaalus, homogeenne, toimub ilma energiaülekandeta ja sõltub ainult keha temperatuurist.

üleni must keha
üleni must keha

Kui objekti temperatuur on piisav alt kõrge, muutub nähtavaks soojuskiirgus ja seejärel omandab iga keha, sealhulgas absoluutselt must, värvi.

Selline ainulaadne objekt, mis kiirgab ainult teatud tüüpi energiat, ei saanud tähelepanu äratada. Kuna jutt käib soojuskiirgusest, siis termodünaamika raames pakuti välja esimesed valemid ja teooriad selle kohta, milline spekter välja peaks nägema. Klassikaline termodünaamika suutis määrata, millise lainepikkuse juures peaks antud temperatuuril olema maksimaalne kiirgus, mis suunas ja kui palju see kuumutamisel ja jahutamisel nihkub. Siiski ei olnud võimalik ennustada, milline on energia jaotus musta keha spektris kõigil lainepikkustel ja eriti ultraviolettkiirguse vahemikus.

musta keha kiirgus
musta keha kiirgus

Klassikalise termodünaamika kohaselt võib energiat väljastada mis tahes portsjonites, ka suvaliselt väikestes osades. Kuid selleks, et absoluutselt must keha kiirgaks lühikestel lainepikkustel, peab mõne selle osakese energia olema väga suur ja ülilühikeste lainete piirkonnas läheks see lõpmatuseni. Tegelikkuses on see võimatu, võrranditesse ilmus lõpmatus ja seda nimetati ultraviolettkatastroofiks. Ainult Plancki teooria, et energiat saab kiirata diskreetsete osadena – kvantidena – aitas raskust lahendada. Tänapäeva termodünaamika võrrandid on kvantfüüsika võrrandite erijuhud.

energia jaotus musta keha spektris
energia jaotus musta keha spektris

Esialgu oli täiesti must keha kujutatud kitsa avaga õõnsusena. Väljast tulev kiirgus siseneb sellisesse õõnsusse ja neeldub seintesse. Kiirgusspektri kohta, mispeab olema absoluutselt musta kehaga, mille puhul on kiirgusspekter koopa sissepääsust, kaevu avast, päikesepaistelisel päeval pimedasse ruumi aknast vms kiirgusspekter sarnane. Kuid ennekõike langevad sellega kokku Universumi ja tähtede, sealhulgas Päikese kosmilise taustkiirguse spektrid.

Võib kindl alt väita, et mida rohkem on objektis erineva energiaga osakesi, seda tugevam on selle kiirgus sarnaneb musta kehaga. Energiajaotuse kõver musta keha spektris peegeldab nende osakeste süsteemi statistilisi mustreid, ainsa parandusega, et interaktsioonide käigus ülekantav energia on diskreetne.

Soovitan: